автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Научные и практические аспекты применения экструдатов зернового сырья в технологии профилактических пищевых продуктов

На правах рукописи

МАРТИРОСЯН ВЛАДИМИР ВИКТОРОВИЧ

НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСТРУДАТОВ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

А

а

Специальность 05.18.01 — Технология обработки, хранения и переработки

злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

г з май ш

Москва —2013

5 о

005060215

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Малкина Валентина Даниловна

Официальные оппоненты: Гореньков Эдуард Семенович

доктор технических наук, профессор,

ГНУ ВНИИ консервной и овощесушильной

промышленности,

заместитель директора по научной работе

Дубцов Георгий Георгиевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», заведующий кафедрой «Технология общественного питания»

Магомедов Газибег Омарович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», заведующий кафедрой «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств»

Ведущая организация: ГНУ НИИ пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии

Защита состоится «7» июня 2013 г в 11— часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского» по адресу: 109029, г. Москва, ул. Талалихина, д. 31,ауд. 36. ,

/ О

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУТУ имени К.Г. Разумовского.

Отзывы высылать по адресу: 109004, г. Москва, ул. Земляной вал, д. 73 Автореферат разослан: « »_2013 года

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02, кандидат технических наук, доцент

Актуальность работы

Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ на период до 2020 года (решение Правительства РФ №559-р от 17.04.2012 г) предусматривает вхождение России в мировое экономическое пространство, в связи с чем существует вероятность появления на внутреннем рынке импортной продукции в значительных объемах по демпинговым ценам. В настоящее время основное внимание исследователей и производителей направлено на разработку технологий отечественных конкурентоспособных пищевых продуктов, что позволит снизить зависимость от импорта и обеспечить потребности населения Российской Федерации в продовольствии.

В основу создания инновационных технологий пищевых продуктов, согласно требований «Государственной политики в области здорового питания населения на период до 2020 года» (решение Правительства РФ №1873-р от 25.10.2010г.), положена необходимость применения способов обработки растительного сырья, позволяющих модифицировать свойства биополимеров и. обеспечивать безопасность готовой продукции. Также в условиях глобального экономического кризиса и снижения эффективности агротехнологий, следует осуществлять модификацию сырья с пониженными свойствами и применять его для производства пищевых продуктов.

Анализ научной и технической литературы, с целью определения приоритетных направлений развития технологий пищевых продуктов, показал перспективность новых подходов к обработке растительного сырья и его использования в пищевых производствах. К наиболее высокоэффективным способам обработки растительного сырья относится термопластическая экстру-зионная обработка, совмещающая термо-, гидро- и механическое воздействие на компоненты, что позволяет получать пищевые полуфабрикаты и продукты с новыми текстурными свойствами.

Значительный вклад в разработку научных основ термопластической экструзии внесли отечественные ученые: Богатырев А.Н., Жушман А.И., Карпов В .Г., Краус C.B., Лукин Н.Д., Магомедов Г.О., Остриков А.Н., Черных

в .Я., Юрьев В .П. и зарубежные ученые: R. В. Fast, Е. F. Caldwell, А. Н. Schmid, М.Е. Camire, К.А. Scudamore, A. Altan и другие.

Однако к настоящему времени технологии применения экструдатов зернового сырья в качестве рецептурного компонента пищевых продуктов, обеспечивающие формирование новой структуры и обогащение изделий биологически активными веществами, изучены недостаточно.

Качественно важным является комплексный подход к использованию экструдатов растительного сырья в технологии пищевых продуктов, предусматривающий регулирование физико-химических свойств экструдируемого сырья, целенаправленное формирование качества готовых экструзионных продуктов и использование экструдатов как рецептурных компонентов пищевых продуктов, в том числе продуктов для диетического профилактического питания.

Расширение знаний и практического опыта по применению экструзи-онной обработки растительного сырья с целью трансформации свойств биополимеров, позволит существенно расширить возможности применения экструдатов в технологии пищевых продуктов, использовать сырье с пониженными свойствами, разрабатывать продукты для профилактического питания с высокими показателями безопасности, что является актуальным для улучшения здоровья населения и развития пищевой промышленности РФ.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой научно-исследовательской работы кафедры «Технология продуктов питания и товароведения» ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», филиал в г. Пятигорске: «Разработка технологий продуктов питания общего и специального назначения» (№ гос. регистрации 01.20.071625, 2007-2012 гг.). В диссертационную работу включены результаты исследований, выполненные по заданию РАСХН по теме: «Разработать современные инновационные технологии хранения и комплексной переработки сельскохозяйственного сырья и производства экологически безопасных продуктов питания общего и специального назначения» (проблема 10, 2011-2015 гг.).

Цель исследований. Разработать научные и практические аспекты применения экструдатов зернового сырья в технологии профилактических пищевых продуктов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

- исследовать физико-химические свойства крахмала и экструдатов перспективных гибридов кукурузы для дифференцированного их применения в пищевых технологиях;

- разработать метод определения текстуры экструдатов, основанного на разрушении их межпоровых перегородок путем внешнего воздействия инденто-ра;

- обосновать применение экструдатов как структурирующих компонентов в технологии фруктовых чипсов;

- обосновать применение экструдата зерна кукурузы в качестве носителя биологически активных веществ;

- обосновать применение инулинсодержащего сырья в технологии экструзи-онных продуктов;

- разработать способы повышения качества и биологической ценности макаронных изделий из пшеничной муки с пониженными макаронными свойствами с использованием экструдата зерна кукурузы;

- исследовать влияние экструдатов цельносмолотого зерна пшеницы с пониженными хлебопекарными свойствами на качество хлеба из пшеничной муки и смеси ржаной и пшеничной муки;

- разработать способы снижения содержания акр ил амида в экструзионных продуктах;

- разработать техническую документацию на новые пищевые продукты и провести внедрение их в производственные условия.

Научная концепция. Развитие технологий пищевых продуктов с целенаправленным формированием свойств путем использования растительного сырья, подвергшегося физико-химической модификации посредством термопластической экструзионной обработки, и применения способов уменьшения содержания антипитательных веществ в готовых экструзионных продуктах.

Научные положения, представляемые к защите:

- научное обоснование дифференцированного применения экструдатов гибридов кукурузы в пищевых технологиях;

- обоснование применения экструдатов зернового сырья в качестве структурирующего компонента в технологии фруктовых чипсов;

- аналитический подход, с применением метрических и неметрических мер сравнения, к определению оптимального количества экструдатов в технологии хлеба;

- научные принципы выбора способов снижения реакционной способности образования акриламида в процессе экструзии, основанные на регулировании свойств экструдируемой массы;

- рекомендации применения нового метода определения текстуры экструдатов, обеспечивающего концептуальное представление о структуре пористости экструдата.

Научная новизна. Установлен дифференцированный подход к использованию экструдатов гибридов зерна кукурузы в пищевых технологиях как структурирующих компонентов и как самостоятельных экструзионных продуктов, обоснованный физико-химическими свойствами крахмала и соотношением амилозы и амилопектина в зерне кукурузы. Обоснованы и подтверждены математическими методами исследований общие принципы применения экструдатов цельносмолотого зерна пшеницы в хлебопекарном производстве, позволяющие вырабатывать хлебобулочные изделия повышенной пищевой ценности.

Выявлена зависимость снижения констант скорости первой стадии кислотного гидролиза крахмала зерна кукурузы от содержания амилопектина в крахмальном матриксе и от процесса замедления деполимеризации амилопектина вследствие повышенной плотности упаковки молекул в аморфных областях гранул крахмала. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии установлено полное плавление кристаллов амилопектина высоко-амилозного гибрида кукурузы в процессе экструзии, что обеспечивало однородность микроструктуры при отсутствии упорядоченной ориентации биопо-

лимеров. Выявлено in vivo гипогликемическое действие экструдата высоко-амилозного гибрида кукурузы, обусловленное усилением в процессе экструзии взаимодействия между линейными цепями амилозы и изменением надмолекулярной структуры крахмала, приводящим к формированию энзимрези-стентных свойств крахмала.

Разработаны и оптимизированы с помощью нейросетевого моделирования технологические решения применения экструдатов зернового сырья в производстве фруктовых продуктов, сенсорно адекватных чипсам, направленные на сохранение биологически активных веществ и ингибирование процессов образования пищевых токсикантов в готовых изделиях.

Обосновано применение в технологии сухого порошкообразного экстракта виноградных выжимок экструдатов зернового сырья в качестве адсорбента, активно проявляющего адсорбционные свойства вследствие равномерной пористой структуры экструдата и образования проходных амилозных цепей с дальнейшей кристаллизацией амилозы, что приводит к ослаблению связей с молекулами воды. Указанные процессы позволяют снизить продолжительность сушки экстракта и длительно сохранять профилактические свойства сухого экстракта.

Впервые применена интегральная оценка пористости экструдатов зернового сырья с помощью рентгеноструктурной микротомографии (3D моделирование), позволяющая выполнять модельные разрезы экструдата в трех проекциях для фиксации размеров пор и перегородок, визуализации равномерности распределения добавок.

Теоретически обоснована и экспериментально установлена in vivo зависимость содержания инулина в экструзионных продуктах питания от количества введенного в рецептуру инулинсодержащего сырья в целях придания изделиям профилактических свойств, которые подтверждены достоверными гипогликемическим и антиатеросклеротическим действиями исследуемых экструдатов в метаболических процессах организма.

Разработаны и экспериментально обоснованы технологические решения производства хлебобулочных изделий с применением экструдата цель-

носмолотого зерна пшеницы с пониженными хлебопекарными свойствами, заключающиеся в определении дозы и фазы внесения экструдата, установления технологических параметров выработки изделий, обеспечивающих улучшение качества, пищевой ценности изделий и снижающих риски развития картофельной болезни хлеба за счет использования экструдата повышенной микробиологической чистоты по сравнению с необработанным хлебопекарным сырьем.

Впервые, методом газо-жидкостной хроматографии с масс-селективным детектированием, установлена зависимость реакционной способности образования акриламида в процессе термопластической экструзи-онной обработки зерна кукурузы от кислотности (величины рН) экструдиру-емой массы, создающей условия для протонирования а -аминогруппы аспара-гина и снижения его нуклеофильности, приводящего к селективному блокированию образования акриламида.

Практическая значимость. В результате решения научной проблемы разработаны новые хлебобулочные, макаронные и экструзионные изделия, фруктовые чипсы и техническая документация для них: изделия хлебобулочные «Злаковые» ТУ 9114-001-36818182-12; изделия хлебобулочные «Фламинго» ТУ 9114-001-63917277-11; изделия макаронные «Эколакт» ТУ 9149-48505747152-13; палочки кукурузные «Топик» ТУ 9196-002-36818182-12; фруктовые чипсы «Фруктайм» ТУ 9164-001-90926340-13.

Разработаны технологии использования зернового сырья с пониженными свойствами для производства пищевых продуктов, что соответствует принципам ресурсосбережения и эффективности пищевой и перерабатывающей отраслей РФ. Разработаны технологические решения, влияющие на механизм формирования антипитательных факторов, способствующие расширению ассортимента безопасных пищевых продуктов.

Разработан метод определения текстуры экструдатов на приборе Структурометр, позволяющий формировать концептуальное представление о состоянии структуры экструдата с дифференцированной оценкой размера его пор и межпоровых перегородок. Метод позволит повысить эффективность

производства экструзионных продуктов за счет снижения объема выработки некачественной продукции.

Разработанные изделия апробированы и внедрены на предприятиях пищевой промышленности: хлебобулочные изделия - ОАО «Кисловодский хлебомакаронный комбинат» (г. Кисловодск), ООО «Биоресурс» (п. Загорский, Ставропольский край); макаронные изделия - ООО «Агромин» г. Минеральные Воды; экструзионные продукты - ООО «Эпрод» г. Москва, ООО «Мыс Доброй Надежды» г. Ставрополь; фруктовые чипсы - ООО «Фудф-рукт» г. Минеральные Воды. Внедрение разработанных изделий и технологий на указанных предприятиях обеспечило экономическую эффективность в виде прибыли 1,9 млн. рублей в год.

Приоритет разработанных технологий пищевых продуктов подтвержден патентами РФ: №2323591, №2344605, №2351135, №2363160, №2417626, №2440762, и решением о выдаче патента РФ № 2011119101 от 21.01.2013 г.

Клинические испытания применения хлебобулочных и экструзионных изделий профилактического назначения в рационах питания проведены в лечебно-профилактических учреждениях профсоюзов: санаторий «Эльбрус» г. Железноводск, санаторий «Родник» г. Пятигорск.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы опубликованы в трудах, доложены и обсуждены на всероссийской конференции гастроэнтерологов с международным участием «Актуальные проблемы гастроэнтерологии» (Ростов-на-Дону, 2008), межвузовских научно-практических конференциях «Дни науки» (Пятигорск, 2009, 2010, 2011, 2012), международных научно-практических конференциях «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Пятигорск, 2008, 2009), X всероссийском конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (Москва, 2008), I научно-практической конференции с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (Москва, 2008), международной научно-практической конференции «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (Краснодар, 2009), международном научно-образовательном форуме «Формирование отраслевой инновационной среды на основе развития

профессиональных сообществ и саморегулируемых организаций АПК, пищевой промышленности и индустрии питания» (Москва, 2009), международной науч-но-пракгической конференции КубГАУ (Краснодар, 2009), XI всероссийском конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (Москва, 2009), международных научно-практических конференциях «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 2009, 2010, 2012), VII международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2010), II международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике пищевых производств» (Воронеж, 2010), 3 международном хлебопекарном форуме (Москва, 2010), XII Всероссийском конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (Москва,

2010), 5-й конференции молодых ученых и специалистов «Современные методы направленного изменения физико-химических и технологических свойств сельскохозяйственного сырья для производства продуктов здорового питания» (Москва, 2011), II международной научно-практической конференции «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (Краснодар, 2011), XIII всероссийском конгрессе диетологов и нутрициологов с международным участием «Персонифицированная диетология: настоящее и будущее» (Москва,

2011), V международном хлебопекарном форуме (Москва, 2012), III научно-практической конференции с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (Москва, 2012), XIV всероссийском конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (Москва,

2012), 1-st International scientific conference «European Applied Studies: modern approaches in scientific researches» (Stuttgart, 2012).

Разработки экспонировались и награждены золотыми и серебряными медалями на Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2007, 2008, 2009, 2010), выставке-конгрессе «Высокие технологии, инновации, инвестиции» (Санкт-Петербург, 2008, 2009), а также региональных выставках Северо-Кавказского федерального округа. Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 65 работ, в том числе 16 статей в периодических изданиях, рекомендованных ВАК, две

монографии, получено 6 патентов РФ на изобретения и решение о выдаче патента РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследований и их анализа, выводов, списка литературы и приложений с актами испытаний и внедрения, патентами, дипломами, технической документацией. Работа содержит 282 страницы основного текста, 68 рисунков и 27 таблиц. Список литературы включает 278 наименований, в том числе 135 иностранных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1 Обзор литературы

Рассмотрены современные представления отечественных и зарубежных исследователей о модификации физико-химических свойств растительного сырья в процессе термопластической экструзии. Описаны взаимодействия макромолекул белков и углеводов, процессы образования новых связей и свойств биополимеров при высокотемпературных режимах экструзионной обработки. Приведены факторы, оказывающие определяющее влияние при экструзионной обработки растительного сырья на сохранность биологически активных веществ - пищевых волокон, витаминов, макро- и микроэлементов. Рассмотрены основные направления применения экструдатов растительного сырья в технологиях пищевых продуктов.

2 Материалы и методы исследований

В исследованиях использовали: гибриды зерна кукурузы Бештау, Белозерный 330, Краснозерный, зерно пшеницы (4,5 класс), муку пшеничную (ГОСТ Р 52189), муку ржаную (ГОСТ 7045), топинамбур (сорт «Интерес»), скорцонеру (сорт «Солнечная премьера»), яблоки, фейхоа, облепиху, калину, сухую подсырную сыворотку, виноградные выжимки, соль, дрожжи.

В работе применяли как общепринятые, так и специальные методы исследований. Содержание белка определяли по методу Къельдаля; аминокислотный состав белков - на аминокислотном анализаторе марки «ААА - 400»; углеводный состав - методом ионообменной хроматографии; содержание

жира - рефрактометрическим методом; содержание амилозы - йодометриче-ским методом; витамины - по методикам, разработанным НИИ питания РАМН; элементный состав минеральных веществ - атомно-абсорбционным методом; микробиологические исследования поражения хлеба картофельной болезнью -в соответствии с «Инструкцией по предупреждению картофельной болезни хлеба», разработанной ГосНИИХП; содержание акри-ламида - на газовом хроматографе Agilent 7890А (США) с использованием масс-селективного детектора 5975; микроструктуру изделий с помощью электронного сканирующего микроскопа GEOL GSM 5300 LV. В опытах in vivo выявляли гипогликемическую и антиатеросклеротическую активности исследуемых продуктов - определяли содержание глюкозы и холестерина в сыворотке крови животных после их курсового введения.

Для оценки структурно-механических свойств полуфабрикатов и готовых изделий использовали приборы: структурометр СТ-1 фирмы «Радиус» (Россия), альвеограф, реоферментометр F3 фирмы «Chopin» (Франция), ами-лограф фирмы «Brabender» (Германия), экспресс-анализатор вязкости RVA фирмы «Perten Instruments» (Швеция). Определение температуры и теплоты плавления кристаллов амилопектина методом микрокалориметрии на высокочувствительном микрокалориметре DASM-4 (Россия). Для исследования структуры экструдатов и построения 3D модели использовали трехмерный компьютерный томограф 3 D Accutomo - МСТ-1 фирма «Morita» (Япония) с программным обеспечением Planmeca Romerix.

Изучение зависимостей изменения исследуемых параметров от влияющих факторов выполняли путем создания нейросетевых моделей с последующим их обучением методами обратного распространения в программе Sta-tistica Neural Networks v.4.0. Математическую и статистическую обработку результатов исследования и оценку их достоверности проводили методами математической статистики с помощью мер метрического и неметрического сходства и с использованием прикладной программы Statistica 6.0.

Автор выражает благодарность руководителям и сотрудникам всех научных подразделений за содействие, оказанное в проведении исследований. Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема исследований

3 Результаты исследований и их анализ

Исследования проведены в лабораториях кафедры «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств имени Н.П. Козьми-ной» МГУТУ имени К.Г. Разумовского, кафедры «Технология продуктов питания и товароведения» Северо-Кавказского федерального университета, филиал в г. Пятигорске, Пятигорской государственной фармацевтической академии, Институте биохимической физики имени Н.М. Эммануэля РАН, НИИ питания РАМН, Институте синтетических полимерных материалов имени Н.С. Ениколопова РАН, ГосНИИ хлебопекарной промышленности РАСХН, НИИ крахмалопродуктов РАСХН.

3.1 Исследование физико-химических свойств крахмалов и экструдатов перспективных гибридов кукурузы

В связи с установленными технологическими условиями экструзион-ной обработки рекомендуется использовать сырье, содержащее преимущественно крахмал и белки, в диссертационной работе к исследованию приняли крахмалсодержащее сырье - зерно кукурузы и зерно пшеницы.

Проводили исследования свойств крахмала перспективных гибридов кукурузы - Бештау, Белозерный 330, Краснозерный и приготовленных из них экструдатов. Изменения свойств обусловлены соотношением амилозы и ами-лопектина в структуре крахмала.

Гибриды зерна кукурузы характеризовали по содержанию амилозы крахмала. Максимальное количество амилозы - 53% содержал крахмал кукурузы гибрида Бештау, по современной классификации этот крахмал можно отнести к высокоамилозному крахмалу. Крахмал кукурузы гибрида Краснозерный содержал 35% амилозы и относится к нормальным крахмалам. Для крахмала кукурузы гибрида Белозерный 330 наблюдалось пониженное, относительно среднестатистических данных, содержание амилозы - 20%.

Основными физико-химическими характеристиками крахмалов, которые определяют их функциональность, являются морфология и внутренняя структура крахмальных гранул, вязкость, податливость крахмала кислотному

гидролизу. Указанные физико-химические характеристики крахмала определяются, преимущественно, соотношением амилозы и амилопектина и их надмолекулярной организацией внутри гранул крахмала.

Для определения структурной организации нативных молекул крахмала проводили кислотный гидролиз, предусматривающий две стадии по продолжительности процесса - 6 и 21 сутки. При кислотном гидролизе крахмала происходит разрыв гликозидных связей с образованием растворимых декстринов и глюкозы. Этот процесс затрагивает, в первую очередь, аморфные и слабо-упорядоченные области в грануле крахмала. В первой стадии деградирует 50-70% общего количества гидролизуемого крахмала. Данные анализа показали, что для крахмалов зерна гибридов Бештау и Краснозерный константы скорости для первой стадии кислотного гидролиза различаются незначительно (0,188 и 0,183). Для крахмала из зерна гибрида Белозерный 330 константа скорости несколько ниже (0,170), что свидетельствует о замедлении деполимеризации крахмала кукурузы гибрида Белозерный 330, возможно, обусловленное повышенной плотностью упаковки молекул в аморфных областях гранул крахмала. При этом константа скорости второй стадии гидролиза этого гибрида оказалась несколько выше по сравнению с крахмалами двух других гибридов. Так как на второй стадии кислотного гидролиза происходит разрушение частично-кристаллических областей гранул, полученные результаты можно объяснить повышенной дефектностью упорядоченности структур крахмала зерна гибрида Белозерный 330.

Для технологических тепловых методов переработки крахмалсодер-жащего сырья, в том числе получения экструзионных продуктов, большое значение имеют характеристики крахмала - температура и теплота (энтальпия) клейстеризации.

Термодинамические параметры, полученные методом дифференциальной сканирующей калориметрии, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Значения параметров плавления крахмалов гибридов кукурузы

Крахмал гибрида кукурузы Содержание амилозы, % т °с (амилопектин/ амилоза) ДТ, °с Д Нэксп, Дж/г (амилопектин/ амилоза)

Бештау 53,0 64,5 / 88,0 20 10,6/2,0

Белозерный 330 20,0 68,0 / 89,0 18 10,5 /1,9

Краснозерный 35,0 66,5/90,0 22 12,1/3,3

Показано, что уменьшение температуры плавления амилопектина отрицательно коррелирует с содержанием амилозы, т.е. максимальному содержанию амилозы соответствует наименьшая температура плавления кристаллов амилопектина Исследованные крахмалы имеют широкий интервал плавления 18-22°С, что указывает на значительное различие в величине кристаллов крахмала и характеризуются неодинаковой плотностью упаковки кристаллов.

Проводили экструзионную обработку гибридов кукурузы в одношне-ковом экструдере, соблюдая следующие параметры: влажность экструдируе-мой смеси - 14-16%, температура - 140-180°С, скорость вращения шнека -160-180 об/мин (мин1), диаметр матрицы 5 мм. Экструдат имел влажность 56%, кислотность 1,6-1,8 град, цвет - свойственный исходному сырью.

Для изучения свойств экструдатов исследуемых гибридов кукурузы определяли набухаемость, вязкость, термодинамические параметры плавления экструзионных продуктов.

Показатель набухаемости экструдатов был значительно ниже, по сравнению с набухаемостью нативного крахмала, и составил 5,6-5,8 см3/г, т.е. степень набухаемости экструдатов была практически одинакова для трех исследуемых гибридов кукурузы. Таким образом, установлено, что проникновение воды в плотную сетку геля экструдируемых продуктов происходило с меньшей скоростью или в меньшей степени, чем в гранулы нативного крахмала

Реологические характеристики экструдатов гибридов кукурузы определяли на приборе Rapid Visco Analiser (RVA).

Продолжительность анализа, мин

Гибриды кукурузы: -Бештау--Белозерный 330 --Краснозерный

- Температура,"С

Рисунок 2 - Реологические свойства экструдатов гибридов кукурузы Динамика изменения вязкости экструдата гибрида кукурузы Бештау отличалась отсутствием пиков максимального и минимального значений вязкости, в связи с этим можно предположить о деполимеризации разветвленных молекул амилопектина в процессе экструзионной обработки. Экструдат гибрида Белозерный 330 обладал стабильной повышенной вязкостью в интервале температур от 50 до 100°С. Показано, что экструдат гибрида кукурузы Краснозерный характеризовался максимальной вязкостью крахмального клейстера в области невысоких температур (до 50°С), что может способствовать формированию необходимой структуры различных пищевых продуктов.

Представленные реологические свойства экструдатов подтверждаются результатами исследований дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) экструдатов гибридов кукурузы (рисунок 3).

Из данных, представленных на рисунке 3, видно, что для гибридов кукурузы Краснозерный и Белозерный 330 имеются низкотемпературные пики (Г« 65 - 70°С), относящиеся к плавлению кристаллической ламели амилопектина, следовательно молекулы амилопектина не полностью перешли в расплав, частично сохранив кристалличность. Отсутствие на ДСК-термограмме низкотемпературного пика экструдата гибрида кукурузы Бештау свидетельствует о полном плавлении амилопектина в процессе экструзии, что обеспечивает лучшие физико-химические свойства экструдатов.

Температура, "С

Рисунок 3 - Термограммы дифференциальной сканирующей калориметрии экструдатов гибридов кукурузы

Экспериментально подтверждено (in vivo) формирование энзимрези-стентных свойств крахмала высокоамилозного гибрида Бештау, возможно, обусловленное усилением в процессе экструзии взаимодействия между линейными цепями амилозы и изменением надмолекулярной структуры крахмала. Таким образом, показано, что экструзионная обработка зерна кукурузы модифицирует физико-химические свойства крахмала.

Отмеченные различия свойств крахмала экструдатов зерна кукурузы создают предпосылки для их применения в технологиях пищевых продуктов как полифункциональных компонентов. Экструдат гибрида кукурузы Красно-зерный, вследствие повышенной вязкости, целесообразно использовать для стабилизации свойств пищевых масс. Экструзионная обработка зерна кукурузы гибрида Бештау приводит к полному расплаву биополимеров и образованию однородной микропористой структуры, что обусловливает повышенную сорбционную способность экструдата. Поэтому применение кукурузы гибрида Бештау возможно как для производства экструзионных продуктов питания, так и для использования экструдата этого гибрида в качестве инкапсулирующего агента. Крахмал гибрида кукурузы Белозерный 330 характеризовался повышенной плотностью упаковки молекул в аморфных областях гранул, что будет способствовать повышению упругих свойств теста при использовании экструдатов данного гибрида в производстве мучных изделий.

3.2 Разработка метода определения текстуры экструдатов

Пористая структура биополимерных пен (экструдатов) предопределяет их физические свойства: набухаемость, водоудерживающую способность, растворимость, жироудерживающую способность, коэффициент расширения, которые в свою очередь влияют на характеристики продуктов - текстуру и усвояемость. В связи с этим определение текстуры экструдатов является важной задачей при оценке их качества и разработке новых экструзионных продуктов.

Для оценки структуры пористости экструдатов используются различные методы: для плоскостного изображения - поперечное оптическое сканирование, микроскопирование; для объемного изображения - применение ядерно-магнитного резонанса, рентгеноскопической микротомографии. Однако применение указанных методов контроля структуры экструдатов требует дорогостоящего оборудования, что практически невозможно осуществить в производственных условиях.

Разработан метод определения упруго-прочностных свойств экструдатов, основанный на фиксировании усилия разрушения внутренних перегородок. Метод предусматривает определение усилия нагружения на инденторе (игле) при его внедрении в пробу экструдата с определенной скоростью движения, установления зависимости между усилием нагружения и глубиной проникновения индентора. Для проведения исследований по новому методу применяли прибор Структурометр СТ-1М.

По полученной кривой зависимости усилия нагружения от глубины внедрения индентора определяли усилие касания иглы поверхности перегородки, толщину перегородки, диаметр пор и экструдата, показатель твердости экструдата.

Усилие падает по мере прохождения иглой полости. Расстояние, которое проходит игла при снижающемся усилии, соответствует диаметру поры (с1). Расстояние, которое проходит игла при возрастающем усилии, соответствует толщине перегородки О). Максимальное усилие нагружения характеризует твердость экструдата. Диаметр экструдата (О) соответствует глубине внедрения индентора при максимальном усилии нагружения.

Я 3

я в

X

V

i

е- 2

л в

V

в ч

О

О 5 10 15 20 25

Глубина внедрения индентора, мм

Рисунок 4 - Зависимость усилия нагружения от глубины внедрения индентора

По данным математической обработки экспериментальных данных экструдаты с развитой равномерной тонкостенной пористостью характеризуются дисперсией усилия нагружения при разрушении перегородок - в пределах 0,1-0,8 Н и твердостью - от 2 до 4Н.

Разработанный метод позволяет иметь концептуальное представление об изменении усилия нагружения на инденторе, раскрывающего состояние структуры пористости экструдата с дифференцированной оценкой размера его пор и межпоровых перегородок. Предложенный метод определения структурно-механических свойств экструдата позволит регулировать параметры технологического процесса экструзионной обработки зернового сырья для получения продуктов с равномерной пористостью.

3.3 Обоснование применения экструдатов, как структурирующих компонентов, в технологии фруктовых чипсов

В настоящее время фруктовые чипсы находят всё большую популярность у различных групп населения, особенно детей школьного возраста. В целях повышения пищевой безопасности чипсов разработан способ их произ-

водства, исключающий высокотемпературную обработку полуфабриката, позволяющий уменьшить образование нежелательных соединений и сохранить биологически активные вещества.

Отличительной особенностью разработанной технологии является то, что указанная цель достигается путем предварительной подготовки экструда-та зерна кукурузы, введенного в фруктовое пюре — плодовую массу и выполняющего роль структурирующего компонента. Экструдат обеспечивает повышенную вязкость пюре и способствует формированию хрупкой структуры изделий, имитирующей структуру традиционных чипсов. Применяли экструдат гибрида кукурузы Краснозерный, обладающий высокой вязкостью при температуре 40-45°С, с размером частиц 0,2-0,3 мм.

В связи с тем, что в технологии новых изделий — чипсов, основным сырьем является яблочное пюре, то они определены как фруктовые чипсы. Установлена целесообразность применения плодовых добавок: пюре фейхоа до 15%, или торе облепихи до 10%, или пюре калины до 5% к массе яблочного пюре. Использование растительных плодовых добавок предусмотрено в целях повышения пищевой ценности чипсов.

В подготовленное пюре вносили экструдат зерна кукурузы в количестве 3-5% к массе пюре, массу перемешивали и формовали пласт толщиной 11,5 мм. Определение оптимальных параметров инфракрасной сушки пласта осуществляли по показателям влажности чипсов и содержания в них витамина С, с помощью построения нейросетевой модели в виде двухслойного пер-септрона в программе Statistica Neural Networks 4.0. Математическую обработку результатов моделирования нейронной сети проводили в программе Statistica 6.0 путем экспортирования результатов из программы Statistica Neural Networks 4.0. Обработку проводили с помощью линейных и нелинейных моделей, в качестве типа анализа принимали полиномиальную поверхностную регрессию, позволяющую рассчитывать коэффициенты уравнения регрессии (рисунок 5 - А, Б).

г^п.т-оеш х-озпз ,ю.аа9 ^ юнак ж ,*0М16 у' г.ватв-аши х-зяи> ,-«ооп .'(|ш-х-7»иа1-У

А Б

Рисунок 5 - Зависимость влажности продукта от параметров сушки (А), зависимость содержания витамина С от влажности продукта и температуры сушки (Б)

Согласно полученным данным для получения чипсов высокого качества необходимо проводить инфракрасную сушку с удельным тепловым потоком 1,3-1,5-10"4 Вт/м при температуре 55-60°С в течение 32-35 минут до содержания влаги в готовом продукте 5-7%. При данных параметрах процесса сушки обеспечивалась максимальная сохранность витамина С - 38-43 мг/%, что составляло 65-70% от первоначального содержания.

Содержание биологически активных веществ в фруктовых чипсах представлено в таблице 2.

Таблица 2 - Содержание биологически активных веществ в фруктовых чипсах, мг/%

Наименование вещества Чипсы на основе яблочного пюре с добавлением, %

Фейхоа, 15 Облепиха, 10 Калина, 5

Флавоноиды 58 49 42

Аскорбиновая кислота 21 43 28

Антоцианы - 3,1 2,4

Каротиноиды + 49 +

Дубильные вещества 87 146 187

Фруктовые чипсы с добавлением 15% пюре фейхоа содержат 58 мг/% флавоноидов, способных ингибировать процессы свободно-радикального окисления в организме. Чипсы, содержащие 10% пюре облепихи характери-

зовались наличием флавоноидов ( 49 мг/%), каротиноидов ( 49 мг/%), фе-нольных и дубильных веществ. Следует отметить, что основное действие биологически активных веществ облепихи заключается в повышении уровня эндогенных антиоксидантов.

Получено решение о выдаче патента РФ по заявке № 2011119101/13 «Способ производства пищевого продукта из плодового сырья». Разработанная технология фруктовых чипсов апробирована и внедрена на ООО «Фудф-рукт» (г. Минеральные Воды).

3.4 Обоснование применения экструдата зерна кукурузы в качестве носителя биологически активных веществ

Перспективным направлением в разработке пищевых продуктов профилактического назначения является использование экстрактов биологически активных веществ, в частности флавоноидов. Особую ценность, как источники флавоноидов, представляют продукты переработки винограда - виноградные выжимки.

В связи с длительным хранением экстрактов возникает необходимость создания биологически безопасных и эффективных носителей, обеспечивающих получение сухого экстракта стабильного качества и защищающих фла-воноиды от окисления в процессе хранения.

Введение компонента, обеспечивающего получение сухого порошкообразного экстракта стабильного качества, обусловлено сложностью удаления влаги из жидкого экстракта вследствие образования геля пектиновых веществ, в котором блокируются молекулы воды. Межмолекулярная ассоциация с молекулами воды усиливается в присутствии гидрофильных веществ -сахарозы, аминокислот, органических кислот. Для получения сухого экстракта следует вводить нейтральный носитель.

В качестве носителя применяли экструдат гибрида кукурузы Бештау с размером частиц 0,2-0,3 мм, имеющий максимальный коэффициент расширения - 4,7, высокую влагоудерживающую способность - 482%. Измельченный экструдат имеет микропористую структуру с высокой удельной поверхностью, что является важным фактором для адсорбции компонентов экстракта.

Для получения сухого экстракта выжимки винограда экстрагировали 20-30% раствором этилового спирта, фильтровали и концентрировали до влажности 25-30% при температуре 50-60°С. Затем в концентрат вносили экс-трудат в количестве 10-15% к массе концентрата, перемешивали и проводили конвективную сушку при температуре 50-60°С до конечной влажности экстракта 8-10%. Сухой экстракт виноградных выжимок представляет из себя однородный порошок, кисло-сладкого вкуса, бордового цвета. Содержание суммы флавоноидов в высушенном экстракте виноградных выжимок составило 2210±4 мг/100 г, из которых: рутин - 1120 мг, изокверцитрин - 240 мг, кверцитрин - 120 мг, кверцетин - 87 мг.

Исследовали применение сухого экстракта виноградных выжимок в технологии хлеба из пшеничной муки. Введение сухого экстракта виноградных выжимок в количестве 3-5% к массе пшеничной муки приводило к улучшению показателей удельного объема на 13-14% и пористости хлеба на 3-4%.

Гиполипидемическую активность хлеба из пшеничной муки с добавлением сухого экстракта виноградных выжимок осуществляли путем курсового введения хлеба животным (крысам) и определения биохимических показателей сыворотки крови. В рацион опытных животных был включен хлеб, приготовленный с внесением 5% сухого экстракта виноградных выжимок, в рацион контрольной группы животных - хлеб без добавок. Анализ полученных данных показал снижение общего содержания холестерина (на 12%) и уровня триацилглицеринов (на 4,3%) в сыворотке крови экспериментальных животных по сравнению с указанными показателями животных контрольной группы.

Таким образом, хлебобулочные изделия, содержащие 5% сухого экстракта виноградных выжимок, обладают гиполипидемическим эффектом. Употребление хлеба с использованием сухого экстракта содержащего флаво-ноиды приводит к достоверному снижению риска развития сердечнососудистых заболеваний.

Результаты исследований положены в основу технологии хлебобулочных изделий профилактического назначения и представлены в патенте РФ №2440762 «Способ производства хлебобулочных изделий».

3.5 Обоснование применения инулинсодержащего сырья в технологии экструзионных продуктов

Проводили исследования по разработке технологии обогащения экстру-зионных продуктов - кукурузных палочек инулином с использованием инулинсодержащего сырья - топинамбура и скорцонеры, как источников водорастворимых полисахаридов.

Для проведения исследований применяли корни скорцонеры сорта «Солнечная премьера», содержащие - 11-12% инулина, и клубни топинамбура сорта «Интерес», содержащие 13-15% инулина.

Для выработки экструзионных продуктов - палочек, использовали кукурузную крупу, крахмал которой содержит более 50% амилозы (гибрид кукурузы Бештау). Экструзию крупы кукурузы осуществляли на одношнековом экструдере (длина шнека 40 см, диаметр шнека 38 мм, скорость вращения 160 об/мин, диаметр матрицы 5 мм, температура 150-160°С), оснащенном системой управления и контроля параметров технологического процесса. Для установления дозы порошка топинамбура или скорцонеры его вносили в количестве 5, 7 и 10% к массе кукурузной крупы, смесь предварительно увлажняли до 16%. Физико-химические показатели качества экструзионных продуктов приведены в таблице 3.

Максимальный коэффициент расширения - 3,8 имел экструзионный продукт с добавлением 5% топинамбура. Максимальный коэффициент расширения экструзионного продукта с добавлением скорцонеры — 3,4 отмечен при внесении 7% порошка. Для экструзионных продуктов с пористой макроструктурой хорошего качества коэффициент расширения должен быть более 3. Меньший коэффициент расширения экструзионного продукта с порошком скорцонеры, по сравнению с продуктом, содержащим порошок топинамбура, видимо, обусловлен более прочными связями между структурами пищевых волокон корня скорцонеры.

Таблица 3 - Физико-химические показатели качества экструзионных продуктов

Наименование показателей Контроль, без добавлений С добавлением порошка, %

топинамбура скорцоне ры

5 7 10 5 7 10

Влажность, % 5,7 5,9 6,0 5,8 6,2 6,5 6,8

Коэффициент расширения 3,5 3,8 3,5 3,1 3,2 3,4 2,9

Объёмная масса, г/л 76,0 75,0 78,0 82,0 73,0 75,0 83,0

Набухаемость, см3/г 6,0 8,7 8,9 9,0 8,6 9,1 8,9

Влагоудерживающая способность, % 464 482 483 487 479 495 490

Жироудерживающая способность, % 208 289 298 290 285 282 271

Улучшенные свойства экструзионных продуктов с добавлением порошка топинамбура или порошка скорцонеры, возможно, связано с образованием белково-полисахаридных комплексов, обладающих повышенной гидратаци-онной способностью, что приводило к увеличению набухаемости и влаго-удерживающей способности экструдатов. При экструзионной обработке смеси, содержащей инулин, происходит образование низкомолекулярных соединений, способствующих формированию центров адсорбции влаги и повышению набухаемости.

Экструзионный продукт с добавлением 7% порошка скорцонеры характеризовался наличием частиц добавки сохранивших первоначальное состояние при экструзии, что снижало органолептические показатели готовых изделий. Для визуализированной оценки равномерности распределения вносимых добавок применяли рентгеноструктурную микротомографию. Использовали трехмерный компьютерный томограф 3 Э Дсс^ото - МСТ-1 (фирма «Могка», Япония) с программным обеспечением Р1аптеса Яотепх. Применение данной программы позволяет сделать продольный и поперечный разрезы экструдата в произвольной его точке.

Цифровая обработка изображений представляется одновременно в трех проекциях - фронтальной, сагиттальной и поперечной, формирует ЗЭ

модель экструдата, в которой светлые области соответствуют уплотнениям (перегородки, непластифицированные частицы), темные области — порам.

С помощью данного способа визуализации структуры пористости экс-трудатов оценивали равномерность распределения частиц порошка скорцонеры в экструдируемой массе (рисунок 6).

Б

Рисунок 6 - Структура экструдата гибрида кукурузы Бештау с добавлением 7% скорцонеры (продолжительность увлажнения: 20 минут А, 120 минут - Б)

На рисунке 6-А представлен продольный разрез 30 модели экструдата, где заметны сохранившие индивидуальность частицы порошка скорцонеры светлого цвета размером до 2,8 мм. Это позволяет предположить, что в процессе предварительного увлажнения исходной смеси, влага неравномерно проникала внутрь частиц скорцонеры, вследствие недостаточной проницаемости клеточных мембран. Экспериментально подтверждено, что увеличение продолжительности увлажнения экструдируемой смеси до 120 минут способ-

ствует равномерному распределению влаги и обеспечивает полный расплав исходного сырья (рисунок 6-Б).

Таким образом, применение рентгеноструктурной микротомографии для построения ЗГЗ модели экструдатов позволит оптимизировать параметры технологического процесса экструзии для получения продуктов с необходимой текстурой.

Содержание инулина в экструдате с добавлением 5% топинамбура составило 3,3%, с добавлением 7% скорцонеры - 4,1%.

Для подтверждения профилактической направленности экструзион-ных продуктов с добавлением инулинсодержащего сырья проводили исследование влияния курсового введения экструдатов на биохимические показатели сыворотки крови животных (рисунок 7).

Рисунок 7 - Влияние введения в рацион животных экструдатов с инулинсодержа-щим сырьем на уровень глюкозы и холестерина в сыворотке крови

Проведенные исследования показали, что у животных, получавших стандартный рацион вивария (интактная группа), содержание глюкозы в сыворотке крови было ниже на 10,5% по сравнению с контрольной группой животных. Возможно, это связано с формированием резистентного крахмала при экструзионной обработке высокоамилозной кукурузы, который не доступен для ферментативного гидролиза в тонком кишечнике и создает условия мед-

ленного высвобождения глюкозы. Животные, получавшие кукурузные палочки с добавлением топинамбура или скорцонеры, имели достоверное снижение уровня глюкозы на 27-44% по сравнению с животными, содержавшимися на традиционном рационе. Такое значительное снижение уровня глюкозы в сыворотке крови подтверждает гипогликемическую активность исследуемых экструзионных продуктов, основанную на способности нерасщепленного инулина и клетчатки сорбировать глюкозу и тем самым препятствовать ее всасыванию в кровь.

Употребление животными кукурузных палочек с содержанием топинамбура или скорцонеры приводило к снижению уровня холестерина на 4052% по сравнению с данньм показателем интактных животных, что можно объяснить повышением жироудерживающей способности экструзионных продуктов с инулинсодержащими добавками.

Результаты исследований свидетельствуют о положительном влиянии инулинсодержащих добавок на качество экструзионных изделий и формирование гипогликемических и антиатеросклеротических свойств, что позволяет отнести указанные изделия к диетическим профилактическим пищевым продуктам. Проведены клинические испытания экструзионных изделий с добавлением топинамбура, или скорцонеры, подтверждающие их профилактические свойства (Отчет о клиническом испытании, санаторий «Родник», г. Пятигорск, 2012 г.).

3.6 Способы улучшения качества и биологической ценности макаронных изделий из пшеничной муки с пониженными свойствами

Проведены исследования повышения качества макаронных изделий из пшеничной муки с пониженными макаронными свойствами. Многочисленными исследованиями (Медведев Г.М., Чернов М.Е., Казеннова Н.К.) установлено, что качество макаронных изделий зависит от реологических свойств теста, формируемых глиадиновой и глютениновой фракциями белка. Внесение экструдата зерна кукурузы Белозерный 330, обладающего стабильной высокой вязкостью, обусловленной доминированием амилопектина в крахмале,

будет способствовать повышению вязкости макаронного теста. Добавление сухой подсырной сыворотки может компенсировать низкое содержание белка в пшеничной муке, упрочняя внутриглобулярную структуру белкового вещества, способствуя агрегированию белковых молекул.

Использовали сухую подсырную сыворотку со следующими физико-химическими показателями: массовая доля влаги — 5%, золы - 6%, титруемая кислотность - 25°Т. Экструдат гибрида кукурузы Белозерный 330 характеризовался показателями: прочность - 4,8 Н, коэффициент расширения - 3,2, влажность - 6%, кислотность - 2,2 град.

В целях создания плотной и упругой структуры макаронных изделий, приготовленных из муки с пониженными макаронными свойствами проводили исследования влияния экструдатов и сухой подсырной сыворотки на физико-химические показатели качества изделий. Использовали муку пшеничную с пониженной массовой долей клейковины - 25%.

Проводили двухфакторный эксперимент для определения совместного влияния экструдата и подсырной сыворотки на прочность изделий и количество сухого вещества, перешедшего в варочную воду. Результаты представ-

лены на рисунке 8.

2=0-2038+0-0675-х—0.0481-+0.006-д^—0.0035-+0.004-^

2=6.5424+03309-х-0.4676-у+0.03-х2 - 0.0621-х-у+0.03ет>2

Количество подсырной сыворотки, %

Количество экструдата, %

Количество эксфудятя. *Л

Количество подсырной сыворотки. 'Л

Рисунок 8 - Зависимость прочности макаронных изделий и потерь сухих веществ при варке от дозы экструдата и сухой подсырной сыворотки

Определены оптимальные дозы добавок: экструдата - не менее 3% и сухой подсырной сыворотки - не менее 5%, при внесении которых увеличи-

вается прочность сваренных изделий на 35% и уменьшается количество сухих веществ, перешедших в варочную воду, на 23%. Определены параметры технологического процесса выработки изделий: температура теста должна находиться в пределах 45-50°С, влажность — 30-32%. Внесение экструдата гибрида кукурузы Белозерный 330 способствует увеличению давления прессования на 14% и прочности сухих макаронных изделий на 11% по сравнению с изделиями без добавления экструдата.

В макаронных изделиях с добавлением экструдата и подсырной сыворотки увеличено содержание незаменимых аминокислот: лизина - на 15%, лейцина - на 3%, валина - на 10,5% по сравнению с макаронными изделиями без добавок, что способствует повышению степени удовлетворения физиологической потребности организма в белках. На основе проведенных исследований разработана техническая документация на макаронные изделия «Эко-лакт» из пшеничной муки с пониженным содержанием клейковины с добавлением экструдата гибрида кукурузы Белозерный 330 (не менее 3%) и сухой подсырной сыворотки (не менее 5%).

3.7 Исследование влияния экструдатов цельносмолотого зерна пшеницы с пониженными свойствами на качество хлеба

По данным ФГБУ «Федеральный центр оценки безопасности и качества зерна и продуктов его переработки» в России производится 84% продовольственного зерна пшеницы, значительную часть которой составляет 4 класс, характеризующийся пониженным содержанием клейковины. В связи с вышеизложенным разработка способов применения зерна пшеницы с пониженными свойствами в технологии пищевых продуктов является актуальной.

Исследовали применение экструдатов цельносмолотого зерна пшеницы с пониженными свойствами при выработке хлеба из пшеничной муки и хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки. Для экструзионной обработки использовали пшеницу, характеризующуюся показателями: массовая доля сырой клейковины — 21%, качество клейковины — 115 ед. прибора ИДК.

Экструзионную обработку зерна пшеницы проводили на одношнеко-вом экструдере при температуре - 160°С, скорости вращения шнека - 180

об/мин., диаметре матрицы - 4 мм. Экструдат зерна пшеницы имел светлосерый цвет, прочность - 3,2 Н, коэффициент расширения - 2,8, влажность -8%, кислотность - 3,2 град.

Для хлеба из пшеничной муки первого сорта тесто готовили безопар-ным способом. Мука пшеничная хлебопекарная для приготовления хлеба соответствовала требованиям ГОСТ Р 52189. Экструдаты зерна пшеницы вносили в тесто в количестве 10, 20 и 30% от массы пшеничной муки.

Для приготовления хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки тесто готовили на густой ржаной закваске по рецептуре хлеба дарницкого. Экструдат зерна пшеницы вносили в тесто в количестве 15, 30 и 45% от массы смеси ржаной и пшеничной муки. Приготовление густой закваски осуществляли с использованием чистых культур молочнокислых бактерий Lactobacillus plantarum А6з, Lactobacillus brevis В5, Lactobacillus brevis B78 и дрожжей Sac-charomyces minor Чернореченский из коллекции ГосНИИХП.

О состоянии углеводно-амилазного комплекса смеси пшеничной муки и экструдата зерна пшеницы судили по общему объему выделившего диоксида углерода, по объему потерянного диоксида углерода в процессе брожения, определяемым на реоферментометре F3 (фирмы Chopin).

Установлено, при добавлении экструдата зерна пшеницы в количестве 10 и 20% к массе пшеничной муки общий объем выделившегося диоксида углерода уменьшался в среднем на 3% за период брожения, однако объем потерянного диоксида углерода в опытных пробах был меньшим — на 23% по сравнению с контролем. Коэффициент газоудерживания при внесении экструдата зерна пшеницы в количестве 10 и 20% от массы пшеничной муки увеличивался на 3,5 и 4,5% соответственно, что свидетельствует о достаточной пластичности теста в процессе брожения.

На приборе амилограф (фирмы «Brabender») определяли вязкость водно-мучной суспензии, характеризующей ферментную активность муки. Выявлено, что добавление 10 и 20% экструдата зерна пшеницы пониженного качества к пшеничной муке снижает вязкость водно-мучной суспензии на 30%,

что по всей вероятности, обусловлено, дополнительным введением в тесто водорастворимых веществ с экструдатом зерна пшеницы.

Согласно данным, представленным в таблице 4, хлеб из пшеничной муки с добавлением 10 и 20% экструдата пшеницы характеризовался незначительным снижением физико-химических показателей: пористости - на 4,3 и 6,9%, удельного объема - на 7,4 и 11,2% соответственно. Однако при этом ор-ганолептические показатели качества были лучшими: мякиш пористый, равномерный, не имел следов непромеса, ярко выражен вкус с приятным оттенком в аромате. При внесении 30% экструдатов зерна пшеницы в большей степени снижались показатели пористости и удельного объема.

Таблица 4 - Физико-химические показатели качества хлеба из пшеничной муки и хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки

Наименование показателей Контроль, без добавлений С добавлением экструдатов зерна пшеницы, % (хлеб: тпеничный/ржано-пшеничный)

10/15 20/30 30/45

Пористость, % 82,0/61,9 78,5 / 60,2 76,4/61,5 57,6 / 57,4

Кислотность, град 2,8/5,3 3,0/4,8 3,0 / 4,3 3,0 / 3,9

Влажность, % 40,5 / 43,5 40,8/45,2 42,5 /46,1 42,5 / 47,4

Удельный объем, см '/г 2,7/1,9 2,5/1,8 2,4/1,9 1,9/ 1,6

Хлеб из смеси ржаной и пшеничной муки с добавлением экструдата зерна пшеницы в количестве от 15 до 45% имел более низкую кислотность -на 0,5 — 1,4 град, повышенную влажность - на 1,7 - 3,9%. Следует отметить, что органолегггические показатели качества ржано-пшеничного хлеба превосходили показатели контрольной пробы. Влияние экструдатов на органолеп-тические показатели качества хлеба представлены на профилограммах (рисунок 9).

На основании полученных результатов можно заключить, что при выработке хлеба из пшеничной муки и (или) смеси ржаной и пшеничной муки внесение экструдата цельносмолотого зерна пшеницы способствует формированию привлекательных органолептических показателей качества готовых изделий, преимущественно улучшаются состояние поверхности, структура мякиша, вкус и аромат хлеба.

Разжевыв аемост ь. мякиша

Состояние оеерхности

Структура пористости

Реологические свойства мякиша

Хлеб из пшеничной муки:

- С добавлением 20% экструдата]

Окраска корок

Разжееыеаемость, мякиша

Аромат хлеба'

Структура - ipucmocmu

Реологические свойства мякиша

Хлеб из смеси ржаной и пшеничной муки:

| —А— Контроль —■— С добавлением 30% экструдата^\

Рисунок 9 - Профилограммы органолептических показателей хлеба из пшеничной муки и хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки с добавлением экструдата зерна пшеницы

Результаты опытов свидетельствовали о снижении микробиологической обсемененности хлеба, выработанного с применением экструдата зерна пшеницы (рисунок 10). Это связано с возможной стерилизацией зерна пшеницы при экструзионной обработке, т.к. споры бактерий рода Bacillus погибают при температуре свыше 121°С. Таким образом, применение экструдата зерна пшеницы повышенной микробиологической чистоты в технологии хлеба способствует снижению заболевания его картофельной болезнью.

контроль, 10/15 20/30 30/45

без добавок с добавлением экструдата зерна пшеницы, % (Хлеб: пшеннчный/ржано-пшеннчнын)

Рисунок 10 - Микробиологическая оценка хлеба с добавлением экструдата цельносмолотого зерна пшеницы

Проведенные исследования, подтвержденные математической обработкой данных с применением метрических и неметрических мер сравнения, показали целесообразность применения экструдатов зерна пшеницы с пониженными свойствами: в производстве пшеничного хлеба до 20%, ржано-пшеничного хлеба - до 30%, с возможностью улучшения качества хлеба, снижения заболевания картофельной болезнью, обогащения изделий ценными пищевыми нутриентами, содержащимися в экструдатах цельносмолотого зерна пшеницы.

Хлеб с добавлением экструдата зерна пшеницы отличался повышенным содержанием пищевых волокон - на 4,3%, макро- и микроэлементов - на 18-23%, витаминов группы В — на 13%.

Клинические испытания применения хлеба «Злаковый» в рационе питания пациентов с сахарным диабетом II типа показали его эффективность в улучшении общего состояния пациентов и биохимических показателей крови. Рекомендуется употребление хлеба «Злаковый» пациентам с заболеваниями эндокринной системы в количестве 200 г в сутки на фоне гипокалорийной диеты (Отчет о клиническом испытании, санаторий «Эльбрус», г. Железноводск, 2012 г.).

3.8 Разработка способов снижения содержания акриламида в экструзионных продуктах

В странах Европейского Союза проводится мониторинг пищевых продуктов на содержание акриламида, что позволило составить перечень потенциально опасных групп продуктов питания. К ним относятся картофельные чипсы, картофель фри, снеки, кофе, печенье, крекеры, хлеб. Акриламид в пищевых продуктах обнаружен в 2002 г и в настоящее время установлен механизм его образования (рисунок 11).

Акриламид образуется в ходе реакции второго порядка между реактивной карбонильной группой восстанавливающих Сахаров и нуклеофильной группой аминокислоты аспарагина. Реакция протекает через промежуточный продукт — Шиффово основание, впоследствии декарбоксилированное через разрыв углерод-углеродных связей, что приводит к образованию акриламида.

В исследованиях, направленных на снижение содержания акриламида в пищевых продуктах, предусматривали: введение в экструдируемую массу фермента аспарагиназы с целью уменьшения реакционной способности компонентов, и создание пониженной величины рН среды, также влияющей на протекание реакции образования акриламида. В качестве контроля использовали крупу кукурузы после экструзионной обработки. В опытные пробы вносили аспарагиназу в дозе 150 мг/кг крупы или лимонную кислоту в виде 3%-го раствора.

Экструзионную обработку кукурузной крупы проводили на одношне-ковом экструдере, при соблюдении параметров: влажность — 16%, температура - 160°С. Определение содержания акриламида в экструдатах проводили по методике, разработанной в НИИ питания РАМН, основанной на определении акриламида в виде бром-производных, методом газожидкостной хроматографии с использованием масс-селективного детектора.

Исследования показали, что применение фермента аспарагиназы позволило снизить содержание акриламида в экструдате на 10%. Полное удаление акриламида по данному способу не возможно, что, вероятно, связано с низкой активностью фермента аспарагиназы и низкой мобильностью субстрата в продуктах, содержащих небольшое количество влаги.

глюкоза

он

H2N

асиарагнн

Рисунок 11 - Механизм образования акриламида

Внесение лимонной кислоты в указанной дозе при экструзии кукурузной крупы позволило практически полностью ингибировать процесс образования акриламида, что, видимо, в условиях повышенной кислотности обусловлено протонированием а -аминогруппы аспарагина и снижением его нуклеофильно-сти.

Результаты исследований представлены на рисунке 12.

аспарагиназы, лимонной

150 мг/кг кислоты, 2%

Рисунок 12 - Содержание акриламида в экструдатах кукурузной крупы

В связи с ингибированием реакции образования акриламида в кислой среде, данный способ применяли при выработке фруктовых чипсов, в целях снижения содержания в них акриламида. Фруктовые чипсы на основе яблочного пюре содержали экструдат крупы кукурузы, имеющий в составе аминокислоту аспарагин, а фрукты содержали сахариды и поэтому при термической обработке чипсов высока вероятность образования акриламида. Идентификацию компонентов осуществляли на хроматограмме путем сравнения с абсолютным временем удерживания стандарта ионов акриламида (или акрилами-да-2,3,3-с13).

Содержание акриламида в фруктовых чипсах на основе яблочного пюре без добавок составило 32,6 мкг/кг. Внесение плодов фейхоа в рецептуру чипсов способствовало уменьшению образования акриламида на 20%, что возможно связано с содержанием органических кислот в плодах фейхоа (лимонная, винная, янтарная), снижающих величину рН фруктового пюре (рН-4,5). Согласно установленным нормам Европейского Союза (Commission recommendation of 10.1.2011, Brussels, С (2010) 9681 final) содержание акриламида не может превышать в картофельных чипсах - 1000 мкг/кг, хлопьях для завтрака - 400 мкг/кг, печенье, крекерах, хрустящих хлебцах — 500 мкг/кг. Содержание акриламида в разработанных фруктовых чипсах не превышало допустимых значений для приведенных пищевых продуктов и составило 26,0 мкг/кг.

3.9 Промышленная апробация и экономическая эффективность результатов исследований

Разработанные изделия апробированы на предприятиях пищевой промышленности: изделия хлебобулочные «Злаковые» ТУ 9114-001-36818182-12 - ОАО «Кисловодский хлебомакаронный комбинат» (г. Кисловодск), изделия хлебобулочные «Фламинго» ТУ 9114-001-63917277-П - ООО «Биоресурс» (п. Загорский, Ставропольский край), изделия макаронные «Эколакт» ТУ 9149-485-05747152-13 - ООО «Агромин» г. Минеральные Воды, палочки кукурузные «Топик» ТУ 9196-002-36818182-12 - ООО «Эпрод» г. Москва, ООО «Мыс Доброй Надежды» г. Ставрополь, фруктовые чипсы «Фруктайм» ТУ 9164-001-90926340-13 - ООО «Фудфрукт» г. Минеральные Воды. Внедрение разработанных изделий и технологий на указанных предприятиях обеспечило экономическую эффективность в виде прибыли 1,9 млн. рублей в год.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны и обоснованы научные и практические аспекты применения экструдатов зернового сырья - кукурузы и пшеницы в технологии пищевых продуктов профилактического назначения.

2. Установлено содержание амилозы в структуре крахмала перспективных гибридов кукурузы, определяющее свойства экструдатов - зерно гибрида кукурузы Бештау содержит амилозы - 53%, гибрида Белозерный 330 -20%, гибрида Краснозерный - 35%. Экструзионная обработка зерна кукурузы гибрида Бештау приводит к полному расплаву биополимеров и образованию однородной микропористой структуры экструдата, что обусловливает его использование как самостоятельного экструзионного пищевого продукта, так и в качестве инкапсулирующего агента. Экструдат гибрида кукурузы Краснозерный, вследствие повышенной вязкости, целесообразно использовать для стабилизации свойств пищевых масс. Экструдат гибрида кукурузы Белозерный 330 характеризовался повышенной плотностью упаковки молекул в аморфных областях гранул крахмала, что будет способствовать повышению прочности макаронных изделий с применением экструдатов данного гибрида.

3. Разработан метод определения текстуры экструдатов зернового сырья, основанный на фиксировании их твердости на приборе Структурометр. Экс-трудаты с развитой равномерной тонкостенной пористостью при разрушении перегородок характеризуются дисперсией усилия нагружения в пределах 0,1-0,8 Н и твердостью - от 2 до 4Н.

4. Разработаны технологические режимы получения фруктовых чипсов, содержащих экструдат гибрида Краснозерный, обеспечивающий хрупкую текстуру изделий. Сушку полуфабриката необходимо проводить с использованием ИК-нагрева с удельным тепловым потоком 1,3-1,5-10"4 Вт/м2 при температуре 55-60°С в течение 32-35 минут до содержания влаги в готовом продукте 5-7%. Сохранность биологически активных веществ фруктовых чипсов - флавоноидов, антоцианов, каротиноидов составляла до 70% от исходного содержания в сырье, что придает изделиям антиоксидантные свойства.

5. Установлено, что введение в экстракт виноградных выжимок экструдата высокоамилозной кукурузы Бештау, в качестве нейтрального носителя, обладающего высокой водопоглотительной способностью, обеспечивает получение сухого порошкообразного экстракта виноградных выжимок с содержанием флавоноидов 2210 мг/100г. Установлено снижение общего содержания холестерина (на 12%) и уровня триацилглицеринов (на 4,3%) в сыворотке крови экспериментальных животных, в рацион которых входил хлеб с добавлением 5% экстракта виноградных выжимок, по сравнению с указанными показателями животных контрольной группы. Потребление пищевых продуктов, содержащих флавоноиды, приводит к снижению риска развития сердечно-сосудистых заболеваний.

6. Экспериментально установлена in vivo гипогликемическая и антиатеро-склеротическая активности экструзионных изделий на основе зерна кукурузы гибрида Бештау с инулинсодержащими компонентами - топинамбуром и скорцонерой, выражающиеся в достоверном снижении в сыворотке крови опытных животных уровня глюкозы на 27-44% и холестерина на 4052% по сравнению с показателями интактных животных, что позволяет отнести указанные изделия к диетическим профилактическим пищевым продуктам. Рентгеноструктурная микротомография дает возможность проводить интегральную оценку равномерности распределения добавок в структуре экструдатов, и регулировать режимы подготовки сырья для соблюдения полного расплава добавок при экструзии.

7. Разработан способ улучшения качества и биологической ценности макаронных изделий, выработанных из пшеничной муки с пониженными свойствами. Внесение 3% экструдата зерна кукурузы гибрида Белозерный 330, обладающего повышенной плотностью упаковки молекул в аморфных областях гранул крахмала, и 5% сухой подсырной сыворотки, обеспечивает увеличение давления прессования макаронного теста на 14%, прочности макаронных изделий на 24% и повышает содержание незаменимых аминокислот: лизина - на 15%, лейцина - на 3%, валина - на 10,5%, что способствует повышению степени удовлетворения физиологической потребности организма в белках.

8. Установлена, с применением метрических и неметрических мер сравнения, целесообразность использования экструдатов цельносмолотого зерна

пшеницы с пониженными свойствами (массовая доля сырой клейковины -21%, качество клейковины - 115 ед. прибора ИДК) в производстве пшеничного хлеба до 20%, ржано-пшеничного хлеба до 30% к массе муки, в целях улучшения качества и пищевой ценности хлеба по показателям содержания пищевых волокон и минеральных веществ. Установлено снижение развития картофельной болезни хлеба, содержащего экструдат цель-носмолотого зерна пшеницы за счет инактивации спор бактерий рода Bacillus при высокотемпературной экструзионной обработке зерна.

9. Определены способы снижения реакционной способности образования ак-риламида в процессе экструзионной обработки зернового сырья: на 10% при использовании фермента аспарагиназы; на 95% - при использовании 3%-го раствора лимонной кислоты, по сравнению с экструдатами без добавок. Внесение плодов фейхоа в рецептуру фруктовых чипсов способствовало уменьшению содержания акриламида на 20%, что обусловлено содержанием органических кислот в плодах фейхоа (лимонная, винная, янтарная), снижающих величину pH фруктового пюре.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации. Статьи в журналах, рекомендуемых ВАК

1. Мартиросян, В.В. Разработка композитной смеси для производства макаронных изделий / В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, В.Д. Малкина, C.B. Николаева //Хранение и переработка сельхозсырья. - 2007. - № 4. - С. 66-69.

2. Жиркова, Е.В. Применение нетрадиционного сырья в технологии хлеба / Е.В. Жиркова, В.В. Мартиросян, У.Н. Диденко, В.Д. Малкина, В.В. Чумакова // Известия вузов. Пищевая технология. - 2008. -№ 2-3. - С. 38-40.

3. Мартиросян, В.В. Сложнорецептурные обогащенные макаронные изделия / В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, В.Д. Малкина, H.A. Шмалько, Е.С. Обо-лонкова // Известия вузов. Пищевая технология. - 2008. - № 4. — С. 26-28.

4. Оробинская, В.Н. Разработка и применение инулин-пектинового концентрата из скорцонеры в технологии хлеба / В.Н. Оробинская, Е.В. Жиркова, В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина // Известия вузов. Пищевая технология. -2009. -№ 2-3. -С. 27-29.

5. Гнатув, Е.М. Влияние толщины стенки макаронных изделий с добавлением кукурузной муки на сушку и качество / Е.М. Гнатув, М.Е. Чернов, В.В. Мартиросян, Н.Г. Щеглов // Хлебопродукты. - 2009. - № 12. - С. 52-53.

6. Щеглов, Н.Г. Разработка эффективных методов осаждения щавелевой кислоты в растительном сырье / Н.Г. Щеглов, В.В. Мартиросян, М.С. Дибияева // Известия вузов. Пищевая технология. -2010. -№ 5-6. — С. 11-13.

7. Мартиросян, В.В. Микропроцессорная система управления и контроля параметров лабораторного экструдера / В.В. Мартиросян, Н.Г. Щеглов, A.B. Санкин, Р.Н. Саленко, В.Д. Малкина //Новые технологии. - 2010.- № 4. - С. 14-17.

8. Мартиросян, В.В. Применение кукурузной муки для улучшения показателей качества хлебобулочных изделий / В.В. Мартиросян, Е.Ф. Сотченко, Ю.В. Сотченко // Кукуруза и сорго. - 2011. - № 1. - С. 28-29.

9. Мартиросян, В.В. Влияние экструзионной обработки пшеничных отрубей на кристалличность полисахаридов / В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина, Е.В. Жиркова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2012. - № 10. - С. 43-45.

10. Мартиросян, В.В. Регулирование качества макаронных изделий из пшеничной муки с пониженными свойствами / В.В. Мартиросян, Н.Г. Щеглов,

Е.В. Жиркова, О.Н. Бердышникова, В.Д. Малкина // Хлебопечение России. -

2012,-№5.-С. 30-32.

11. Мартиросян, В.В. Обогащение экструзионных продуктов инулином / В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина, Р.Н. Саленко, Е.В. Жиркова // Пищевая промышленность. - 2012. - № 9. - С. 42-44.

12.Черных, В.Я. Определение структурно-механических свойств экструдатов / В.Я. Черных, В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2012. - № 12. - С. 22-24.

13.Мартиросян, В.В. Основные характеристики крахмалов и экструдатов перспективных гибридов кукурузы / В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина, С.С. Козлов, Н.К. Генкина, Е.Ф. Сотченко // Хранение и переработка сельхозсырья. -

2013.-№ 1.-С. 23-26.

14.Мартиросян, В.В. Способ получения экстракта биологически активных веществ / В.В. Мартиросян // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2013. -№ 3. - С. 13-14.

15.Саленко, Р.Н. Исследование профилактических свойств экструзионных продуктов обогащенных инулином / Р.Н. Саленко, В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина, Е.В. Жиркова // Пищевая промышленность-2013. - № 3. - С. 24-26.

16. Мартиросян, В.В. Влияние экструдатов зерна пшеницы на качество хлебобулочных изделий / В.В. Мартиросян // Хлебопечение России. - 2013. - № 2.-С. 28-30.

Отдельные издания

П.Мартиросян, В.В. Макаронные изделия - продукты здорового питания: монография / В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина. - Пятигорск: РИА-КМВ, 2011. - 176 с.

18. Малкина, В.Д. Модификация свойств растительного сырья в процессе экструзионной обработки: монография / В.Д.Малкина, В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова. - Пятигорск: РИА-КМВ, 2013. - 165 с.

Патенты

19. Патент РФ 2323591, МПК 7 А23 Ь 1/16 Способ производства макаронных изделий / Жиркова Е.В., Диденко У.Н., Малкина В.Д., Мартиросян В.В., Оро-

бинская В.Н. -№ 2007104695/13; заявлен 07.02.2007; опубл. 10.05.2008, Бюл. № 13.-8 с.

20.Патент РФ 2344605, МПК 7 А21 D 8/02, А21 D 2/36, А21 D 2/16 Способ производства хлебобулочных изделий / Жиркова Е.В., Диденко У.Н., Малки-на В.Д., Мартиросян В.В., - № 2007134967/13; заявлен 20.09.2007; опубл. 27.01.2009, Бюл. №3.-6 с.

21. Патент РФ 2351135, МПК 7 А21 D 2/36, А21 D 8/02, Способ производства хлебобулочных изделий / Кондратьев Д.В., Щеглов Н.Г., Мартиросян В.В. -№2007146011/13; заявлен 10.12.2007; опубл. 10.04.2009, Бюл. № Ю.-9с.

22. Патент РФ 2363160, МПК 7 А21 D 8/02, А21 D 2/36, Способ производства хлебобулочных изделий / Манвелян Т.Д., Хачатурян Э.Е., Мартиросян В.В. -№ 2008114406/13; заявлен 16.04.2008; опубл. 10.08.2009, Бюл. № 22. - 10 с.

23. Патент РФ 2417626, МПК 7 А23 L 1/16 Способ производства макаронных изделий / Мартиросян В.В., Диденко У.Н., Малкина В.Д., Жиркова Е.В., Морозова A.C. - № 2008111779/13; заявлен 28.03.2008; опубл. 10.05.2011. - 6 с.

24. Патент РФ 2440762, МПК 7А21 D 8/02, А21 D 2/36. Способ производства хлебобулочных изделий / Щеглов Н.Г., Мартиросян В.В., Кондратьев Д.В., Малкина В.Д., Жиркова Е.В. - № 2010114347/13; заявлен 13.04.2010; опубл. 27.01.2012, Бюл. №3.-8 с.

25. Решение о выдаче патента РФ от 21.01.13 г по заявке № 2011119101/13 Способ производства пищевого продукта из плодового сырья / Мартиросян В.В., Шалдырван О.С., Щеглов Н.Г., Малкина В.Д., Жиркова Е.В.

Научные статьи в журналах и сборниках

26. Мартиросян, В.В. Макаронные изделия функционального назначения / В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, В.В. Чумакова // Материалы 7-й межвузовской научно-практической конференции «Дни науки». - Пятигорск: РИА-КМВ, Технологический университет. - 2007. - С. 258-260.

27. Кутукова, H.A. Разработка технологии хлеба с применением нетрадиционного сырья / H.A. Кутукова, В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, У.Н. Диденко, В.Н. Оробинская // Материалы 1 региональной научно-практической конференции «Перспективы использования новых видов сырья в пищевой технологии»,- Пятигорск. - 2007. - С. 27-31.

28. Мартиросян, B.B. Применение нетрадиционного растительного сырья в технологии макаронных изделий / В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, В.В. Чумакова, Н.В. Журавель // Материалы I региональной научно-практической конференции «Перспективы использования новых видов сырья в пищевой технологии». - Пятигорск. - 2007. - С. 42-47.

29. Мартиросян, В.В. Оптимизация состава композитной смеси для производства макаронных изделий функционального назначения /В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, В.Д. Малкина, C.B. Николаева // Материалы V международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания» - М.: Издательский комплекс МГУПП. - 2007. - С. 246-250.

30. Мартиросян, В.В. Роль современных продуктов функционального назначения в лечебном питании / В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, Д.П. Мартиросян // Материалы всероссийской конференции гастроэнтерологов с международным участием «Актуальные проблемы гастроэнтерологии». - Ростов-на-Дону: Издательство АПСН. - 2008. - С. 283-285.

31. Мартиросян, В.В. Социальное значение функциональных продуктов питания / В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова // Материалы 8-й межвузовской научно-практической конференции «Дни науки». - Пятигорск: Издательство «Технологический университет». - 2008. - С. 50-51.

32. Мартиросян, В.В. Зависимость удельной работы прессования макаронных изделий из композитной смеси от влажности теста / В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова // Материалы I международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности». - Пятигорск: РИА-КМВ. - 2008. - С. 67-72.

33. Морозова, A.C. Влияние скорцонеры на свойства клейковины пшеничной муки / A.C. Морозова, В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова // Материалы региональной научной конференции с международным участием «Повышение конкурентоспособности и развитие потребительского рынка на современном этапе». - Элиста: РИО КТИ ФПГТУ. - 2008. - С. 208-210.

34. Морозова, A.C. Возможность использования скорцонеры в технологии макаронных изделий / A.C. Морозова, В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова // Материалы 8-й научно-практической конференции «Окно в науку». - Пятигорск: Изд-во «Технологический университет». - 2008. - С. 92-94.

35. Мартиросян, В.В. Разработка функциональных мучных продуктов питания / В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, В.Д. Малкина // Материалы X Всероссийского конгресса диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье». -Москва, 1 -3 декабря 2008 г. - С. 75.

36. Щеглов, Н.Г. Влияние параметров прессования макаронного теста на мощность пресса / Н.Г. Щеглов, В.В. Мартиросян, O.A. Макличенко, Е.В. Жиркова // Материалы первой научно-практической конференции и выставки с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов». - М.: МГУПП. - 2008. - С. 199-203.

37. Жиркова, Е.В. Технология сублимационной сушки скорцонеры / Е.В. Жиркова, В.В. Мартиросян, Н.Г. Щеглов // Материалы II международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности». - Пятигорск. - 2009. - С. 23-27.

38. Жиркова, Е.В. Исследование протективной активности продуктов переработки корня скорцонеры / Е.В. Жиркова, В.В. Мартиросян // Материалы международной научно-практической конференции «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века». - Краснодар, 17-19 сентября 2009. -С. 227-229.

39. Жиркова, Е.В. Исследование бактериостатического действия продуктов переработки корня скорцонеры / Е.В. Жиркова, В.В. Мартиросян // Сборник научных трудов (специальный выпуск). - Пятигорск: ГТГТУ, РИА-КМВ. -2009. - С. 204-207.

40. Жиркова, Е.В. Применение инулинсодержащего сырья в технологии мучных изделий / Е.В. Жиркова, В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина, Л.Г. Резникова // Сборник научных статей / Международный научно-образовательный Форум «Формирование отраслевой инновационной среды на основе развития профессиональных сообществ и саморегулируемых организаций АПК, пищевой промышленности и индустрии питания» М.: МГУТУ. - 2009. - С.158-160.

41. Жиркова, Е.В. Разработка технологии инулин-пектинового концентрата корня скорцонеры / Е.В. Жиркова, В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина, В.Н. Оробинская // Материалы международной научно-практической конференции, КубГАУ. - Краснодар. - 2009. - С. 207-209.

42. Жиркова, E.B. Хлебобулочные и макаронные изделия профилактического назначения / Е.В. Жиркова, В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина // Материалы XI Всероссийского конгресса диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье», г. Москва, 30 ноября — 2 декабря 2009 г. - С. 59.

43. Жиркова, Е.В. Разработка технологии хлебобулочных и макаронных изделий профилактического назначения / Е.В. Жиркова, В.В. Мартиросян // Материалы XI Всероссийского конгресса диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье», г. Москва, 30.11-2.12.2009 г. - С. 191.

44. Щеглов, Н.Г. Определение активности воды в макаронных изделиях в процессе их сушки / Н.Г. Щеглов, В.В. Мартиросян // Материалы III международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях», Пятигорск: РИА-КМВ. - 2009. - С. 213-215.

45. Труфанова, О.В. Возможность применения амаранта в экструзионной технологии / О.В. Труфанова, A.B. Сериков, В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина // Материалы VII международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств», Могилев, 22-23.04.20Ю.Могилев: УО «МГУП». - 2010. - С. 133-134.

46. Труфанова, О.В. Разработка технологии печенья на основе экструзионно-го растительного сырья для учащейся молодежи / О.В. Труфанова, И.Н. Береза, В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина // Материалы VII международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств», Могилев, 22-23.04.2010.-Могилев: УО МГУП. -2010. - С. 133-134.

47. Малкина, В.Д. Изменение физико-химических свойств биополимеров при термопластической экструзии / В.Д. Малкина, В.В. Мартиросян // Материалы II международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике пищевых производств», 30 июня - 2 июля 2010— Воронеж: ВГТА. -2010.-С. 338-340.

48. Малкина, В.Д. Влияние экструзионной обработки на микробиологические показатели пшеничных отрубей / В.Д. Малкина, В.В. Мартиросян // Материалы докладов третьего международного хлебопекарного форума/Международная промышленная академия - Экспоцентр на Красной Пресне, 11-14 октября 2010 г. -Пищепромиздат. -2010. -С. 114-116.

49. Мартиросян, В.В. Изменение аминокислотного состава белков злаковых культур после экструзионной обработки /В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина //

Сборник материалов круглого стола «Основы государственной политики в области создания продуктов здорового питания: технологические аспекты», 9.12.2010 г. -М.: Типография «11-й формат». - С. 51-53.

50. Мартиросян, В.В. Определение работы выпрессовывания макаронных изделий с применение нетрадиционного сырья / В.В. Мартиросян, Н.Г. Щеглов, Е.В. Жиркова // Материалы IV международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях», Пятигорск: «РИА-КМВ». - 2010. - С. 154-156.

51. Саленко, Р.Н. Выбор сырья для создания функциональных продуктов питания школьников / Р.Н. Саленко, Н.Г. Щеглов, В.В. Мартиросян // Материалы IV международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях», Пятигорск: РИА-КМВ. - 2010. - С. 185-187.

52. Мартиросян, В.В. Микропроцессорный информационно-измерительный комплекс лабораторного экструдера / В.В. Мартиросян, Н.Г. Щеглов, А.В. Санкин, В.В. Колонтай // Материалы IV международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях», Пятигорск: РИА-КМВ. - 2010. - С. 350-353.

53. Труфанова, О.В. Разработка продукта питания нового поколения на основе растительного сырья / О.В. Труфанова, В.В. Мартиросян // Научные труды № 33 (часть VIII) научно-практическая конференция «Окно в науку». - Пятигорск: Издательство «Технологический университет». — 2010. — С. 61-63.

54. Мартиросян, В.В. Мучные кондитерские изделия на основе экструзионно-го растительного сырья / В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, В.Д. Малкина // Материалы XII Всероссийского конгресса диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье», г. Москва, 29 ноября-1 декабря 2010 г. - С. 50-51.

55. Мартиросян, В.В. Химический состав нетрадиционного зернового сырья для макаронного производства / В.В. Мартиросян, Н.Г. Щеглов, Е.В. Жиркова // Научные труды 5-й конференции молодых ученых и специалистов «Современные методы направленного изменения физико-химических и технологических свойств сельскохозяйственного сырья для производства продуктов здорового питания». Москва. - 2011. - С. 185-188.

56. Мартиросян, В.В. Изменение пищевых волокон после экструзионной обработки / В.В. Мартиросян, В.Д. Малкина // Материалы II международной

научно-практической конференции «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века», Краснодар. - 2011. - С. 185-187.

57. Мартиросян, В.В. Сохранность витаминов в зерновых экструдатах / В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, В.Д. Малкина // Материалы XIII Всероссийского конгресса диетологов и нутрициологов с международным участием «Персонифицированная диетология: настоящее и будущее», г. Москва, 5-7 декабря 2011г.-С.61.

58.Саленко, Р.Н. Исследование показателей качества экструзионных продуктов на основе злаковых культур / Р.Н. Саленко, В.В. Мартиросян // Материалы V международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях», Пятигорск: РИА-КМВ, 2012. -С. 64-68.

59.Шалдырван, О.С. Исследование влияния ИК-излучения на органолептиче-ские свойства и микробиологическую стабильность фруктового пюре / О.С. Шалдырван, В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, Т.А. Шаталова // Материалы V международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях», Пятигорск: РИА-КМВ, 2012. — С. 353-357.

60. Малкина, В.Д. Способ повышения качества снеков / В.Д. Малкина, Х.А. Балуян, В.В. Мартиросян // Материалы докладов V международного хлебопекарного форума / Международная промышленная академия - ЦВК «Экспоцентр» на Красной Пресне, 13-15 июня 2012 г. - М.: Пищепромиздат. - 2012. -С. 162-164.

61. Мартиросян, В.В. Новые сорта зерна кукурузы как источник резистентного крахмала /В.В. Мартиросян // Сборник материалов круглого стола «Инновационные технологии для производства продуктов питания функционального назначения», 29.11.2012 г. -М.: «Копимастерцентр».-С. 47-48.

62. Мартиросян, В.В. Определение показателей текстуры экструдатов / В.В. Мартиросян, В .Я. Черных // Материалы третьей научно-практической конференции с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов». - М.: Издательский комплекс МГУ 1111. - 2012. -С. 195-198.

63. Мартиросян, В.В. Экструзионные продукты повышенной пищевой ценности / В.В. Мартиросян // Материалы XIV Всероссийского конгресса диетоло-

гов и нутрициологов с международным участием «Алиментарно-зависимая патология: предиктивный подход», г. Москва, 3-5.12.2012. — С. 53-54.

64. Мартиросян, В.В. Технология чипсов с применением фруктовых компонентов / В.В. Мартиросян, Е.В. Жиркова, О.С. Шалдырван // Материалы XIV Всероссийского конгресса диетологов и нутрициологов с международным участием «Алиментарно-зависимая патология: предиктивный подход», г. Москва, 3-5.12. 2012 г. - С. 54.

65. Martirosyan, V.V. Comparison of hydrophilicity native and extrusion wheat bran / V.V. Martirosyan, V.D. Malkina, E.V. Zhirkova // European Applied Studies: modern approaches in scientific researches, 1st International scientific conference. ORT Publishing. - Stuttgart. - 2012. - P. 314-317.

МАРТИРОСЯН ВЛАДИМИР ВИКТОРОВИЧ

НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСТРУДАТОВ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано к печати 18.04.2013 г. Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага книжно-журнальная. Усл. печ. л. 3,02 Тираж 100 экз. Заказ № 1140

Отпечатано в типографии ООО «РИА-КМВ» 357500, г. Пятигорск, ул. Февральская, 54, тел. (8793) 33-36-56, тел. / факс 39-09-03

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского»

На правах рукописи

05201350923

Мартиросян Владимир Викторович

НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСТРУДАТОВ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки

злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Малкииа Валентина Даниловна

Москва - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

С.

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................... 6

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ......................................................... 13

1.1 Зерновые культуры - как основное сырье для производства экструзионных продуктов.......................................................... 13

1.2 Применение бобовых культур для создания экструзионных продуктов повышенной биологической ценности............................ 25

1.3 Многокомпонентные смеси для улучшения пищевой ценности экструдатов............................................................................ 32

1.4 Влияние экструзионной обработки на инактивацию антипитательных свойств растительного сырья............................... 47

1.5 Влияние экструзионной обработки растительного сырья на антиоксидантную активность компонентов.................................... 51

1.6 Применение растительных экструдатов в производстве пищевых

продуктов.............................................................................. 56

Заключение по обзору литературы............................................... 64

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...................... 67

2.1 Материалы исследований...................................................... 67

2.2 Методы исследования свойств сырья, полуфабрикатов

и готовых изделий................................................................... 69

2.3 Методы приготовления хлебобулочных, макаронных и экструзионных изделий в лабораторных условиях........................... 74

2.4 Специальные методы исследования свойств полуфабрикатов и готовых изделий...................................................................... 78

2.5 Математическая обработка результатов исследований............... 94

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ........................................ 102

3.1 Научное обоснование применения экструдатов зернового сырья в технологии профилактических пищевых продуктов......... 104

3.2 Исследование физико-химических свойств крахмалов

и экструдатов перспективных гибридов кукурузы...................... 107

3.2.1 Определение содержания основных структурных компонентов крахмала гибридов кукурузы...................................................... 108

3.2.2. Исследование физико-химических и реологических свойств

при клейстеризации крахмала гибридов кукурузы........................... 112

3.2.3 Кинетика кислотного гидролиза крахмала гибридов кукурузы............................................................................. 117

3.2.4 Исследование термодинамических свойств крахмала гибридов кукурузы с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии 121

3.2.5 Исследование микроструктуры зерна гибридов кукурузы........... 125

3.2.6 Исследование изменений физико-химических и реологических свойств гибридов кукурузы после экструзионной обработки.............. 129

3.2.7 Исследование термодинамических свойств экструдатов гибридов кукурузы с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии 133

3.2.8 Исследование изменения аминокислотного состава белка кукурузы после экструзионной обработки..................................... 135

3.2.9 Исследование микроструктуры экструдатов гибридов кукурузы... 137 Заключение по разделу 3.2......................................................... 139

3.3 Разработка метода определения структуры пористости

экструдатов........................................................................... 140

3.3.1 Определение достоверности результатов исследования

структуры пористости на Структурометре................................... 144

Заключение по разделу 3.3......................................................... 148

3.4 Обоснование применения экструдатов, как структурирующих компонентов, в технологии фруктовых чипсов........................... 149

3.4.1 Характеристика дополнительных ингредиентов используемых в технологии фруктовых чипсов.................................................... 149

3.4.2 Исследование влияния УФ-излучения на микробиологическое состояние яблочного пюре......................................................... 156

3.4.3 Исследование влияния УФ-излучения на активность ферментов яблочного пюре....................................................................... 160

3.4.4 Определение дозировки структурирующего компонента, обеспечивающего текстуру сенсорно адекватную традиционным чипсам................................................................................. 162

3.4.5 Разработка технологических режимов производства фруктовых чипсов.................................................................................. 167

3.4.6 Определение содержания биологически активных веществ в

фруктовых чипсах.................................................................... 171

Заключение по разделу 3.4......................................................... 172

3.5 Обоснование применения экструдата зерна кукурузы в качестве носителя биологически активных веществ..................... 173

3.5.1 Применение экструдата кукурузы для концентрирования экстракта биологически активных веществ.................................... 174

3.5.2 Разработка технологических режимов получения экстракта биологически активных веществ.................................................. 176

3.5.3 Исследование состава флавоноидов экстракта виноградных выжимок................................................................................ 179

3.5.4 Применение экстракта биологически активных веществ в технологии хлебобулочных изделий............................................. 180

3.5.5 Исследование профилактических свойств хлебобулочных

изделий с добавлением экстракта виноградных выжимок.................. 183

Заключение по разделу 3.5......................................................... 185

3.6 Обоснование применения инулинсодержащего сырья в технологии экструзионных продуктов....................................... 185

3.6.1 Исследование структуры экструдатов с применением рентгеноструктурной микротомографии........................................ 192

3.6.2 Определение содержания инулина в экструзионных продуктах с добавлением инулинсодержащего сырья....................................... 195

3.6.3 Исследование гипогликемических и антиатеросклеротических свойств экструзионных продуктов с добавлением инулинсодержащего сырья.................................................................................... 196

3.6.4 Клинические исследования профилактических свойств

экструзионных продуктов с добавлением топинамбура..................... 199

Заключение по разделу 3.6......................................................... 202

3.7 Способы улучшения качества и биологической ценности макаронных изделий из пшеничной муки с пониженными

свойствами........................................................................... 202

3.7.1 Разработка технологии макаронных изделий из пшеничной муки

с пониженными свойствами....................................................... 207

3.7.2 Влияние комплексной добавки на реологические свойства макаронного теста................................................................... 209

3.7.3 Исследование органолептических и физико-химических показателей качества макаронных изделий.................................... 213

3.7.4 Исследование аминокислотного и углеводного состава макаронных изделий из пшеничной муки с пониженными свойствами 215 Заключение по разделу 3.7......................................................... 220

3.8 Исследование влияния экструдатов цельносмолотого зерна пшеницы с пониженными свойствами на качество хлеба.............. 220

3.8.1 Хлебопекарные свойства пшеничной муки с добавлением экструдата зерна пшеницы......................................................... 221

3.8.2 Исследование физико-химических и органолептических показателей качества хлеба с добавлением экструдата зерна пшеницы 227

3.8.3 Исследование микробиологического состояния хлеба с добавлением экструдата зерна пшеницы....................................... 230

3.8.4 Применение метрических и неметрических мер сравнения для определения оптимального количества экструдатов зерна пшеницы в технологии хлеба из пшеничной муки.......................................... 231

3.8.5 Определение пищевой ценности хлеба добавлением экструдата зерна пшеницы........................................................................ 237

3.8.6 Клинические исследования профилактических свойств хлеба с

добавлением экструдата зерна пшеницы....................................... 239

Заключение по разделу 3.8......................................................... 241

3.9 Разработка способов снижения содержания акриламида в экструзионных продуктах........................................................ 241

3.10 Промышленная апробация и экономическая эффективность

результатов исследований....................................................... 247

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ................................. 249

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................... 252

ПРИЛОЖЕНИЯ (ТОМ 2).........................................................

ВВЕДЕНИЕ

Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ на период до 2020 года (решение Правительства РФ №559-р от 17.04.2012 г) предусматривает вхождение России в мировое экономическое пространство, в связи с чем существует вероятность появления на внутреннем рынке импортной продукции в значительных объемах по демпинговым ценам. В настоящее время основное внимание исследователей и производителей направлено на разработку технологий отечественных конкурентоспособных пищевых продуктов, что позволит снизить зависимость от импорта и обеспечить потребности населения Российской Федерации в продовольствии.

В основу создания инновационных технологий пищевых продуктов, согласно требований «Государственной политики в области здорового питания населения на период до 2020 года» (решение Правительства РФ №1873-р от 25.10.2010г.), положена необходимость применения способов обработки растительного сырья, позволяющих модифицировать свойства биополимеров и обеспечивать безопасность готовой продукции. Также в условиях глобального экономического кризиса и снижения эффективности агротехнологий, следует осуществлять модификацию сырья с пониженными свойствами и применять его для производства пищевых продуктов.

Анализ научной и технической литературы, с целью определения приоритетных направлений развития технологий пищевых продуктов, показал перспективность новых подходов к обработке растительного сырья и его использования в пищевых производствах. К наиболее высокоэффективным способам обработки растительного сырья относится термопластическая экструзионная обработка, совмещающая термо-, гидро- и механическое воздействие на компоненты, что позволяет получать пищевые полуфабрикаты и продукты с новыми текстурными свойствами.

Значительный вклад в разработку научных основ термопластической экструзии внесли отечественные ученые: Богатырев А.Н., Жушман А.И., Карпов В.Г., Краус C.B., Лукин Н.Д., Магомедов Г.О., Остриков А.Н., Черных

В.Я., Юрьев В.П. и зарубежные ученые: R. В. Fast, Е. F. Caldwell, А. Н. Schmid, М.Е. Camire, К.А. Scudamore, A. Altan и другие.

Однако к настоящему времени технологии применения экструдатов зернового сырья в качестве рецептурного компонента пищевых продуктов, обеспечивающие формирование новой структуры и обогащение изделий биологически активными веществами, изучены недостаточно.

Качественно важным является комплексный подход к использованию экструдатов растительного сырья в технологии пищевых продуктов, предусматривающий регулирование физико-химических свойств экструдируемого сырья, целенаправленное формирование качества готовых экструзионных продуктов и использование экструдатов как рецептурных компонентов пищевых продуктов, в том числе продуктов для диетического профилактического питания.

Расширение знаний и практического опыта по применению экструзионной обработки растительного сырья с целью трансформации свойств биополимеров, позволит существенно расширить возможности применения экструдатов в технологии пищевых продуктов, использовать сырье с пониженными свойствами, разрабатывать продукты для профилактического питания с высокими показателями безопасности, что является актуальным для улучшения здоровья населения и развития пищевой промышленности РФ.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой научно-исследовательской работы кафедры «Технология продуктов питания и товароведения» ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», филиал в г. Пятигорске: «Разработка технологий продуктов питания общего и специального назначения» (№ гос. регистрации 01.20.071625, 2007-2012 гг.). В диссертационную работу включены результаты исследований, выполненные по заданию РАСХН по теме: «Разработать современные инновационные технологии хранения и комплексной переработки сельскохозяйственного сырья и производства экологически безопасных продуктов питания общего и специального назначения» (проблема 10, 2011-2015 гг.).

Научная концепция. Развитие технологий пищевых продуктов с целенаправленным формированием профилактических свойств путем использования растительного сырья, подвергшегося физико-химической модификации посредством термопластической экструзионной обработки, и применения способов уменьшения содержания антипитательных веществ в готовых экструзионных продуктах. Научные положения, представляемые к защите:

- научное обоснование дифференцированного применения экструдатов гибридов кукурузы в пищевых технологиях;

- обоснование применения экструдатов зернового сырья в качестве структурирующего компонента в технологии фруктовых чипсов;

- аналитический подход, с применением метрических и неметрических мер сравнения, к определению оптимального количества экструдатов в технологии хлеба;

- научные принципы выбора способов снижения реакционной способности образования акриламида в процессе экструзии, основанные на регулировании свойств экструдируемой массы;

- рекомендации применения нового метода определения текстуры экструдатов, обеспечивающего концептуальное представление о структуре пористости экструдата.

Научная новизна. Установлен дифференцированный подход к использованию экструдатов гибридов зерна кукурузы в пищевых технологиях как структурирующих компонентов и как самостоятельных экструзионных продуктов, обоснованный физико-химическими свойствами крахмала и соотношением амилозы и амилопектина в зерне кукурузы. Обоснованы и подтверждены математическими методами исследований общие принципы применения экструдатов цельносмолотого зерна пшеницы в хлебопекарном производстве, позволяющие вырабатывать хлебобулочные изделия повышенной пищевой ценности.

Выявлена зависимость снижения констант скорости первой стадии кислотного гидролиза крахмала зерна кукурузы от содержания амилопектина в крахмальном матриксе и от процесса замедления деполимеризации

амилопектина вследствие повышенной плотности упаковки молекул в аморфных областях гранул крахмала. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии установлено полное плавление кристаллов амилопектина высокоамилозного гибрида кукурузы в процессе экструзии, что обеспечивало однородность микроструктуры при отсутствии упорядоченной ориентации биополимеров. Выявлено in vivo гипогликемическое действие экструдата высокоамилозного гибрида кукурузы, обусловленное усилением в процессе экструзии взаимодействия между линейными цепями амилозы и изменением надмолекулярной структуры крахмала, приводящим к формированию энзимрезистентных свойств крахмала.

Разработаны и оптимизированы с помощью нейросетевого моделирования технологические решения применения экструдатов зернового сырья в производстве фруктовых продуктов, сенсорно адекватных чипсам, направленные на сохранение биологически активных веществ и ингибирование процессов образования пищевых токсикантов в готовых изделиях.

Обосновано применение в технологии сухого порошкообразного экстракта виноградных выжимок экструдатов зернового сырья в качестве адсорбента, активно проявляющего адсорбционные свойства вследствие равномерной пористой структуры экструдата и образования проходных амилозных цепей с дальнейшей кристаллизацией амилозы, что приводит к ослаблению связей с молекулами воды. Указанные процессы позволяют снизить продолжительность сушки экстракта и длительно сохранять профилактические свойства сухого экстракта.

Впервые применена интегральная оценка пористости экструдатов зернового сырья с помощью рентгеноструктурной микротомографии (3D моделирование), позволяющая выполнять модельные разрезы экструдата в трех проекциях для фиксации размеров пор и перегородок, визуализации равномерности распределения добавок.

Теоретически обоснована и экспериментально установлена in vivo зависимость содержания инулина в экструзионных продуктах питания от количества введенного в рецептуру инулинсодержащего сырья в целях придания изделиям профилактических свойств, которые подтверждены

достоверными гипогликемическим и антиатеросклеротическим действиями исследуемых экструдатов в метаболических процессах организма.

Разработаны и экспериментально обоснованы технологические решения производства хлебобулочных изделий с применением экструдата цельносмолотого зерна п